工程结构检测技术(2)

《工程结构检测技术》《工程结构检测技术》第1章绪论(2学时）第2章应变测试技术(8学时）第3章桥梁检测、评定及力学性能试验(6学时）第4章桥涵工程基础检测(0学时）第5章桥梁上部结构检测(8学时）第6章桥梁荷载试验(6学时）第7章专题讲座(2学时）教学内容(32+16学时）本章教学内容§2.1概述§2.2电阻应变计§2.3电阻应变仪工作原理§2.4测量电桥的接法§2.5桥臂接法训练§2.6电阻应变测试中应注意的若干问题§2.7钢弦应变计与光纤光栅应变计§2.8拉索/吊杆内力测试应变测试技术5.2§2.1概述①测试精度高钢弦应变计，光纤光栅应变计约②传感器元件小、无附加质量最小标距2mm-金属；最长标距100.0mm-混凝土③适用范围广高温、低温，金属、混凝土，静态、动态2应变测试技术电阻应变测试优点：)101(6§2.2电阻应变计2应变测试技术标距160mm标距15mm标距100mm§2.2电阻应变计2应变测试技术电阻应变计组成：金属丝敏感栅、基底、覆盖层、引线等2应变测试技术电阻应变计粘贴工艺①标记应变片粘贴区域；②该标记处结构表面打磨，除去表尘；③利用丙酮或无水酒精擦拭打磨处；④将打磨处摸上薄薄一层粘结胶（502胶、AB胶）；⑤将应变片对准贴正，轻轻按压排除片下多于之胶；⑥连接接线端子，小心焊接应变片与接线端；⑦焊接信号输出导线；⑧将整个应变片及接线端子涂上防水胶（704硅胶）。§2.2电阻应变计2应变测试技术应变花注：花絮：一种L型光栅应变计的诞生§2.2电阻应变计2应变测试技术电阻应变计变形特点：金属丝敏感栅受力变形，电阻丝的电阻Ｒ发生改变，有KLLKRR式中：K为比例常数（应变计灵敏系数）§2.3电阻应变仪工作原理2应变测试技术电阻应变测试系统组成：①电阻应变计(传感元件)②电阻应变仪(测试系统)③数据记录装置§2.3电阻应变仪工作原理2应变测试技术工作原理：将电阻应变计电阻的变化转换为电压信号的变化，是通过电桥（惠斯顿电桥）来实现的。§2.3电阻应变仪工作原理2应变测试技术工作原理Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4分别为工作电阻，组成四个桥臂，AC端为输入电压Ｕ，BD端为输出电压ＵBD。211RRUI432RRUI2应变测试技术工作原理通过ADC的电流为BD两点的电位差))((432142314211RRRRRRRRURIRIUUUADABBD通过ABC的电流为2应变测试技术工作原理电桥平衡：即ＵBD＝0。则有平衡条件Ｒ1Ｒ3=Ｒ2Ｒ4①如果Ｒ1＝Ｒ2＝Ｒ3＝Ｒ4，且仅其中一工作Ｒ有增量ΔＲ（1/4桥——单点测量），则UKURRURRRURRRRRRRUBD4141242)2()(22应变测试技术工作原理②如果Ｒ1＝Ｒ2＝Ｒ3＝Ｒ4，且受力变形后分别产生的电阻增量为ΔＲ1、ΔＲ2、ΔＲ3、ΔＲ4（全桥），则有)(41)(41432144332211UKRRRRRRRRUUBD2应变测试技术数字电阻应变仪ＵBD与（ε1－ε2＋ε3－ε4）成正比，经标定，将电压量转换成应变。2应变测试技术电阻应变仪（图片）各类电阻应变仪工作原理基本相同§2.4测量电桥的接法2应变测试技术不同接线方式（依赖于结构受力）之目的:①有效实现温度补偿；②从复杂的组合应变中分离出感兴趣的应变；③有效提高测量精度。§2.4测量电桥的接法2应变测试技术电阻应变仪测量分全桥、半桥、1/4桥接法全桥半桥§2.4测量电桥的接法(注意其区别）2应变测试技术全桥测量时，应变仪读数为εr=ε1-ε2+ε3-ε41/4桥测量时，应变仪读数为εr=ε1半桥测量时，应变仪读数为εr=ε1-ε2应变仪读数经标定，将电压量转换成应变。§2.4测量电桥的接法2应变测试技术联接方式R1R2R3R4结果全桥ε1+εTε2+εTε3+εTε4+εTε1－ε2+ε3－ε4半桥ε1+εTε2+εT00ε1－ε21/4桥ε1+εTεT00ε12应变测试技术广义虎克定律（弹性理论）)]([1zyxxE)]([1xzyyE)]([1yxzzE§2.4测量电桥的接法2应变测试技术拉伸变形：桥臂连接（全桥）——精度提高？§2.4测量电桥的接法2应变测试技术EE1211][111122][1EE1112r122222r12§2.4测量电桥的接法2应变测试技术Question：①半桥如何联接，可否提高精度？提高了多少？②1/4桥如何接?可否提高精度?③按右图连接?提高精度多少?§2.4测量电桥的接法2应变测试技术图示连接提高精度多少?14321)1(2r12§2.4测量电桥的接法2应变测试技术圆筒扭转2应变测试技术圆筒扭转2应变测试技术应变花计算公式24502045454512122450204545452212)2arctan(21454504545)(12121E)(11222E2应变测试技术§2.5桥臂接法训练2应变测试技术Exercise：悬臂梁受力弯曲Note:R１(Ｒ3)、Ｒ2(Ｒ4)间距是否影响测试结果(等强度梁)？2应变测试技术Exercise：悬臂梁受力弯曲——桥臂连接方式§2.5桥臂接法训练2应变测试技术Exercise：悬臂梁受力弯曲——桥臂连接方式§2.5桥臂接法训练2应变测试技术Exercise：悬臂梁受力弯曲——桥臂连接方式§2.5桥臂接法训练2应变测试技术Exercise：悬臂梁受力弯曲——桥臂连接方式§2.5桥臂接法训练2应变测试技术①影响应变测试结果长期稳定性的因素：a)传感器与基体的粘结程度(剪力传递）；b)导线接触电阻；c)测试系统零漂（传感器通电发热）。②1/4桥的逐点补偿和公共补偿。③温度补偿片的工作原理及使用条件。④传导线是否需用屏蔽线？§2.6电阻应变测试中应注意的若干问题（1）2应变测试技术⑤超长导线测试结果为什么要修正（原理）？⑥金属基体与混凝土基体选用应变计的区别。⑦应变计的动态特性。⑧半桥和1/4桥接线的主要区别。⑨为何电阻应变片电阻值选在120Ω左右？§2.6电阻应变测试中应注意的若干问题（2）2应变测试技术①测试系统误差；②应变传感器粘贴工艺；③材料弹性模量误差；④计算公式与数据分析处理误差。Question?——应变测量误差来源：2应变测试技术2应变测试技术2应变测试技术2应变测试技术A上B上C上D上B下混凝土箱梁根部传感器布置示意图2应变测试技术[大作业]1、自行设计一结构，合理地选用1/4桥、半桥和全桥，正确运用温度补偿。2、论述电阻应变计温度补偿片的工作原理及使用条件。2应变测试技术钢弦传感器2应变测试技术§2.7钢弦应变计与光纤光栅应变计钢弦传感器应用2应变测试技术§2.7.1钢弦应变计钢弦传感器应用2应变测试技术§2.7.1钢弦应变计波纹管钢弦传感器支架激励源钢弦丝2应变测试技术钢弦传感器结构示意图§2.7.1钢弦应变计理想柔索横向振动时（相当两端铰支）特点：ωr＝rω1式中：T—柔索内力(N)，ρA—柔索单位长度的质量(kg/m)，l—柔索长度(m)，r—柔索第ｒ阶圆频率(1/s),f1—柔索第1阶固有频率(Hz)。2应变测试技术21222224fAlrAlTr钢弦传感器2应变测试技术斜拉索横向振动实测响应频谱图§2.7.1钢弦应变计理想柔索横向振动时2应变测试技术钢弦传感器)22(411221dfflldlfAdT)(211fdfldlTdTQuestion:力T与频率f的平方成正比（确定结构）。但当传感器受力变形时，力T与频率f还满足上述关系吗？——结构发生了变化。EAAfAlT2124y=0.0494x3-4.8459x2+1.6743x+1551.7-100010020030040050060070080090012.0014.0016.0018.0020.0022.00理想柔索横向振动时2应变测试技术频率/HZ频率/100应变/με拟合值/με误差/με203220.320-0.70.69197419.747576.4-1.45191419.14155154.90.12185218.52235234.40.59178817.88315314.80.19172217.22395395.8-0.83165216.52480479.60.42157915.79565564.40.58150215.02650651.0-1.00142014.20740739.80.21133313.33830830.00.04试验标定值与曲线拟合计算值那一个更准确？特点：①用于混凝土结构应变测试，稳定性较好；②数值特征信号，理论上与导线长度无关；③由于弦丝蠕变，测试结果待修正；④混凝土材料收缩徐变，测试结果要修正。2应变测试技术钢弦传感器热敏电阻温度传感器光纤光栅温度传感器2应变测试技术光纤光栅传感器2应变测试技术光纤光栅压缩拉伸2应变测试技术芯层包层d入射光波折射率n1折射率n2折射率n2’选择性反射光波λ＝2nd透射光波d+Δd入射光波2应变测试技术特点：①可用于电阻应变计适用的一切场合；②数值特征信号，传输距离远，稳定性较好；③抗爆、抗磁，赖腐蚀等；④由于光纤材料的蠕变，用于混凝土构件测试时，考虑到混凝土收缩徐变，测试结果要修正；⑤温度补偿。2应变测试技术光纤光栅应变传感器2应变测试技术机械式应变测量平均应变:ε＝（L1-L0)/L0①钢弦应变计最显著的优点？②光纤光栅应变计最显著的优点？③应变测试的基本方法有哪几种？2应变测试技术Question吊杆内力测量§2.8拉索/吊杆内力测试其它检测技术问题§2.8拉索/吊杆内力测试斜拉索内力测量其它检测技术问题动力测试系统其它检测技术问题加速度响应频谱图§2.8拉索/吊杆内力测试其它检测技术问题22222)(lrEIrAlTr当斜拉索/吊杆两端铰支时，其内力为式中：T—斜拉索内力，ρA—斜拉索单位长度的质量，l—斜拉索长度，EI—斜拉索横向抗弯刚度，r—斜拉索第ｒ阶固有频率。§2.8拉索/吊杆内力测试其它检测技术问题222222)4(1lEIrfAlrTr2222141216AlffT其它检测技术问题为消除弯曲刚度对内力的影响，由r＝2πfr有如果选取斜拉索第1阶和第2阶固有频率识别内力如果选取斜拉索第2阶和第3阶固有频率识别内力2232241801681AlffT§2.8拉索/吊杆内力测试其它检测技术问题影响拉索/吊杆内力测试结果的因素：①边界约束条件（有效长度L)；②拉索/吊杆弯曲刚度EI；③频率识别结果；④传感器安装位置。§2.8拉索/吊杆内力测试其它检测技术问题影响拉索/吊杆内力测试结果的因素：①边界约束条件（有效长度L)；②拉索/吊杆弯曲刚度EI；当拉索/吊杆不太长的情况下，不同的模态，对应不同的有效长度L；无论使用给定的哪一组公式，其计算结果都不太精确。§2.8拉索/吊杆内力测试其它检测技术问题影响拉索/吊杆内力测试结果的因素：③频率识别结果；低频效应④传感器安装位置。有效提高信号的信躁比（举例）。§2.8拉索/吊杆内力测试其它检测技术问题[大作业]提高拉索/吊杆内力测试结果措施：（发现问题，解决问题）①实测与计算结合，迭代逼近；②自选方法。§2.8拉索/吊杆内力测试各抒己见Question?结束语不为积习所蔽不为时尚所惑